DE102010048050A1

DE102010048050A1 - Mixer used in exhaust gas system of internal combustion engine, has several actuating units that are provided for selectively varying opening area of the variable gap and for rotating the throttle element

Info

Publication number: DE102010048050A1
Application number: DE102010048050A
Authority: DE
Inventors: Uwe Münkel
Original assignee: APC ADVANCED PROPULSION CONCEPTS MANNHEIM GmbH
Current assignee: APC ADVANCED PROPULSION CONCEPTS MANNHEIM GmbH
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-04-12

Abstract

A mixer (1) has a conduit (4) for supplying an air (2), and a feeding unit (5) for supplying an exhaust gas (3). A variable gap (7) is provided between the feeding unit and conduit such that cross sectional area of the variable gap is vertical to the flow of air. A throttle element (13) is mounted in the variable gap so that flow of air is variable by rotating the throttle element. Several actuating units are provided for selectively varying opening area (8) of the variable gap and for rotating the throttle element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mischermodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Mischung eines ersten Gasstroms und eines zweiten Gasstroms in einem Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors, wobei das Mischermodul eine Leitung zum Durchführen eines ersten Gasstroms, wie beispielsweise eines Luftstroms, sowie ein Zuführelement zum Zuführen eines zweiten Gasstroms, wie beispielsweise eines Abgasrückführstroms, in das Leitungselement zu dem ersten Gasstrom umfasst, und wobei im Gasfluss des zweiten Gasstroms stromabwärts des Zuführelementes ein Spalt angeordnet ist, durch den der zweite Gasstrom in das Leitungselement einführbar ist.The present invention relates to a mixer module according to the preamble of claim 1 for mixing a first gas flow and a second gas flow in a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine, wherein the mixer module a conduit for carrying out a first gas flow, such as an air flow, and a feed element for supplying a second Gas stream, such as an exhaust gas recirculation stream, in the line member to the first gas stream comprises, and wherein in the gas flow of the second gas stream downstream of the feed element, a gap is arranged through which the second gas stream is inserted into the conduit member.

Im Zuge von sich stetig verschärfenden Richtlinien, wie beispielsweise die Euro 6-Norm , zur Reduzierung der Emissionen in Verbrennungsmotoren werden flächendeckend Abgasrückführsysteme – insbesondere bei Dieselmotoren – eingesetzt. Das Ziel des Einsatzes von Abgasrückführsystemen in Verbrennungsmotoren ist die Verringerung von Stickoxiden (NO_x) im Abgas. Durch die Rückführung von Abgas und dessen Mischung mit Frischluft sinkt zunächst die Verbrennungstemperatur und damit wiederum reduziert sich die Stickoxidkonzentration im Abgas. Durch das Zumischen von Abgas zur Frischluft wird außerdem ein geringerer Luftüberschuss bei der Verbrennung erzeugt und damit reduziert sich die Stickoxidkonzentration ebenfalls.In the course of steadily tightening guidelines, such as the Euro 6 standard In order to reduce emissions in internal combustion engines exhaust gas recirculation systems are used nationwide - especially for diesel engines. The aim of the use of exhaust gas recirculation systems in internal combustion engines is the reduction of nitrogen oxides (NO _x ) in the exhaust gas. Due to the recirculation of exhaust gas and its mixture with fresh air, the combustion temperature initially drops and, in turn, the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is reduced. By adding exhaust gas to the fresh air, a lesser excess of air is also generated during combustion and thus the nitrogen oxide concentration is also reduced.

Aus dem Stand der Technik sind zwei Rückführkreise für die Abgasrückführung bekannt, die Hochdruckabgasrückführung und die Niederdruckabgasrückführung. Bei der Hochdruckabgasrückführung wird das Abgas im Krümmer entnommen und erst kurz vor dem Luftsammler zugemischt. Bei der Niederdruckabgasrückführung wird das Abgas nach der Turbine entnommen und vor dem Verdichter der Frischluft zugeführt.Two feedback circuits for exhaust gas recirculation, the high-pressure exhaust gas recirculation and the low-pressure exhaust gas recirculation are known from the prior art. In the high-pressure exhaust gas recirculation, the exhaust gas is removed in the manifold and added just before the air collector. In low-pressure exhaust gas recirculation, the exhaust gas is taken to the turbine and fed to the fresh air before the compressor.

Von besonderer Bedeutung für eine vollständige Verbrennung und für geringe Emissionswerte ist eine möglichst homogene Durchmischung von Frischluft und Abgas. Bei der Hochdruckabgasrückführung wird das Abgas erst kurz vor dem Luftsammler zugemischt und demzufolge erweist sich das Erreichen einer homogenen Mischung als problematisch. Bei der Niederdruckabgasrückführung hingegen kann aufgrund der längeren Wegstrecke über den Verdichterladeluftkühler bis zum Zylinder eine im Vergleich dazu bessere und homogenere Durchmischung von Frischluft und Abgas gewährleistet werden.Of particular importance for complete combustion and for low emission values is the most homogeneous possible mixing of fresh air and exhaust gas. In the case of high-pressure exhaust gas recirculation, the exhaust gas is mixed in just before the air collector, and as a result, achieving a homogeneous mixture proves to be problematic. In the case of the low-pressure exhaust gas recirculation, on the other hand, a better and more homogeneous mixing of fresh air and exhaust gas can be ensured on the basis of the longer travel distance via the compressor charge air cooler to the cylinder.

Die DE 601 20 721 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Mischen zweier Gasströme in einem Dieselmotor, bestehend aus einer Leitung für einen ersten Gasstrom und einem Einlass in die Leitung für einen zweiten Gasstrom sowie einem stromlinienförmigen Körper, der in Längsrichtung der Leitung am Einlass verschoben werden kann, um einen regelbaren Venturieffekt zu erzeugen und die Druckverluste beim Drosseln zu minimieren. Der Einlass des zweiten Gasstroms ist spaltförmig ausgebildet, wobei die Breite des Spaltes durch Einlegen eines Dichtelementes definiert wird.The DE 601 20 721 T2 discloses a device for mixing two gas streams in a diesel engine, comprising a line for a first gas stream and an inlet into the line for a second gas stream and a streamlined body which can be displaced in the longitudinal direction of the line at the inlet to a controllable Venturi effect generate and minimize the pressure losses during throttling. The inlet of the second gas stream is formed in a slot shape, wherein the width of the gap is defined by inserting a sealing element.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mischermodul zur Mischung eines ersten Gasstroms und eines zweiten Gasstroms dahingehend weiterzuentwickeln, dass bei Verwendung des Mischermoduls in einem Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors weitere Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich der Abgasrückführung geschaffen werden und insbesondere eine bessere Durchmischung der Gasströme ermöglicht wird.The present invention has for its object to further develop a mixer module for mixing a first gas stream and a second gas stream to the effect that when using the mixer module in a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine further optimization possibilities in terms of exhaust gas recirculation are created and in particular a better mixing of the gas streams is made possible.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Mischermodul zur Mischung eines ersten Gasstroms und eines zweiten Gasstroms in einem Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Mischermoduls finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 19. Hiermit wird der Wortlaut dieser Unteransprüche durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.This object is achieved by a mixer module for mixing a first gas stream and a second gas stream in a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine according to claim 1. Advantageous developments of the mixer module according to the invention can be found in the dependent claims 2 to 19. Hereby, the wording of these subclaims by express reference in the Description to avoid unnecessary text repetition.

Das erfindungsgemäße Mischermodul ist zum Mischen von Gasströmen in einen Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors geeignet. Das Mischermodul umfasst eine Leitung zum Durchführen eines ersten Gasstroms, wie beispielsweise eines Luftstroms sowie ein Zuführelement zum Zuführen eines zweiten Gasstroms, wie beispielsweise eines Abgasrückführstroms in das Leitungselement zu dem ersten Gasstrom. Im Gasfluss des zweiten Gasstroms stromabwärts des Zuführelements ist ein Spalt angeordnet, durch den der zweite Gasstrom in das Leitungselement eingeführt wird. Das erfindungsgemäße Mischermodul ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt als variabler Spalt ausgebildet ist, derart, dass die Öffnungsfläche des Spaltes während des Betriebes des Verbrennungsmotors veränderbar ist, dass in dem Leitungselement im Stromfluss des ersten Gasstroms stromaufwärts des Spaltes in einem Abstand von maximal 2D (d. h. des Zweifachen von D) zu dem Spalt, vorzugsweise 1D, höchst vorzugsweise 1/2D, wobei D der engste Durchmesser im Bereich des Spaltes des Leitungselementes ist, eine Drossel angeordnet ist, welche mindestens ein Drosselelement umfasst, das derart drehbar in der Leitung angeordnet ist, dass die Querschnittsfläche des Drosselelementes senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Gasstromes während des Betriebes des Verbrennungsmotors durch Drehung des Drosselelementes variabel ist, so dass eine Drosselung des ersten Gasstroms mittels Drehung des Drosselelementes änderbar ist und dass das Mischermodul ein oder mehrere Betätigungsmittel zum wahlweise verändern der Öffnungsfläche des Spaltes und zum Drehen des Drosselelementes umfasst.The mixer module according to the invention is suitable for mixing gas streams into a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine. The mixer module includes a conduit for passing a first gas stream, such as an air stream, and a delivery member for supplying a second gas stream, such as an exhaust gas recycle stream, into the conduit member to the first gas stream. In the gas flow of the second gas stream downstream of the feed element, a gap is arranged, through which the second gas stream is introduced into the conduit element. The mixer module according to the invention is characterized in that the gap is formed as a variable gap, such that the opening area of the gap is variable during operation of the internal combustion engine, that in the conduit element in the flow of current of the first gas flow upstream of the gap at a distance of at most 2D ( ie, two times D) to the gap, preferably 1D, most preferably 1 / 2D, where D is the narrowest diameter in the region of the gap of the conduit member, a throttle is arranged comprising at least one throttle element rotatably disposed in the conduit is that the cross-sectional area of the throttle element perpendicular to the flow direction of the first gas stream during operation of the internal combustion engine by rotation of the throttle element is variable, so that a throttling of the first gas stream by means of rotation of the throttle element is changeable and that the mixer module comprises one or more actuating means for selectively changing the opening area of the gap and for rotating the throttle element.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Mischermoduls liegt in der Zumischung des Abgases über den während des Betriebs des Verbrennungsmotors veränderbaren Spalt in Kombination mit dem niederen Druckniveau, so dass sich optimale Mischergebnisse erzielen lassen.A significant advantage of the mixer module according to the invention lies in the admixture of the exhaust gas over the variable during operation of the internal combustion engine gap in combination with the low pressure level, so that it is possible to achieve optimum mixing results.

Ein grundlegendes Merkmal des erfindungsgemäßen Mischermoduls sieht es vor, die Komponenten der Abgasrückführung auf die kalte Seite, demzufolge in die Ansaugstrecke, zu verlagern. Auf der Seite des Abgases sind keine beweglichen Teile erforderlich, was wiederum zu geringeren Anforderungen an die Materialien führt, da auf der heißen Seite nur beispielsweise warmfeste Stähle verwendet werden könnten. Es können hinsichtlich der verwendeten Werkstoffe kostengünstige sowie temperaturunbeständige Materialien eingesetzt werden. Hierzu zählt beispielsweise Kunststoff oder Aluminium.A fundamental feature of the mixer module according to the invention provides for the components of the exhaust gas recirculation to be displaced to the cold side, consequently into the intake path. No moving parts are required on the side of the exhaust gas, which in turn leads to lower demands on the materials, since on the hot side only, for example, heat-resistant steels could be used. It can be used in terms of materials used inexpensive and temperature-resistant materials. This includes, for example, plastic or aluminum.

Ein weiterer Vorteil der Verlegung der Komponenten der Abgasrückführung auf die kalte Seite, liegt darin, dass hierdurch eine Verbesserung des Regelverhaltens im instationären Motorbetrieb erzielt werden kann. Dies liegt daran, da hierbei das Aufstauen der Gassäule zum Einstellen des Druckgefälles im Abgasstrang entfällt.A further advantage of the relocation of exhaust gas recirculation components to the cold side is that this allows an improvement in the control behavior in transient engine operation. This is because this eliminates the damming of the gas column for adjusting the pressure gradient in the exhaust system.

Die vorgeschaltete Drossel setzt sich aus mindestens einem Drosselelement zusammen, dessen Querschnittsfläche während des Betriebs des Verbrennungsmotors senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Gasstroms drehbar ist. Die Drossel dient grundsätzlich zum Bereitstellen des erforderlichen Druckverhältnisses und ermöglicht es die Drosselwirkung während des Betriebs des Verbrennungsmotors beliebig zu variieren.The upstream throttle is composed of at least one throttle element whose cross-sectional area is rotatable perpendicular to the flow direction of the first gas flow during operation of the internal combustion engine. The throttle basically serves to provide the required pressure ratio and makes it possible to vary the throttle effect as desired during the operation of the internal combustion engine.

Das erfindungsgemäße Mischmodul weist somit den Vorteil auf, dass einerseits mittels des variablen Spalts die Zuführmenge des zweiten Gasstroms unmittelbar regelbar ist und zusätzlich über die Drossel der erste Gasstrom regelbar ist, so dass eine hohe Variabilität und damit Optimierungsmöglichkeit bei der Abgasrückführung gegeben ist und darüber hinaus eine kompakte Bauweise vorliegt, da variabler Spalt und Drossel im Mischermodul integriert sind. Insbesondere ist es im Gegensatz zu dem vorbekannten Stand der Technik nicht notwendig, weitere bewegte Elemente wie Ventile oder zusätzliche Drosselklappen in anderen Bereichen der Abgasrückführung anzuordnen und insbesondere ist es nicht notwendig, bewegte Elemente oder Ventile im so genanntem heißem Abgasbereich anzuordnen. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mischermoduls eine verbesserte und homogenere Durchmischung erzielt, dadurch die Mischgüte verbessert, die zu einer weiteren Optimierung des Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung führt.The mixing module according to the invention thus has the advantage that on the one hand by means of the variable gap, the supply amount of the second gas stream is directly controlled and additionally via the throttle of the first gas flow is regulated, so that a high variability and thus optimization possibility in the exhaust gas recirculation is given and beyond a compact design is present, as variable gap and throttle are integrated in the mixer module. In particular, in contrast to the known prior art, it is not necessary to arrange further moving elements such as valves or additional throttle valves in other areas of the exhaust gas recirculation and in particular it is not necessary to arrange moving elements or valves in the so-called hot exhaust area. In addition, an improved and more homogeneous mixing is achieved by the inventive design of the mixer module according to the invention, thereby improving the quality of mixing, which leads to a further optimization of the internal combustion engine with exhaust gas recirculation.

Der Durchmesser D zeichnet sich dadurch aus, dass er den engsten Querschnitt beschreibt, der im Mischermodul im Stromfluss des ersten Gasstroms zwischen der Leitung zur Zufuhr der Frischluft und dem Anschlussbereich an den Kompressor vorhanden ist. Bevorzugt ist er als engster Querschnitt innerhalb eines vorgegebenen Bereiches stromauf- und stromabwärts im Stromfluss der ersten Gasstroms zu dem Spalt in dem Mischermodul definiert, wobei der vorgegebene Bereich vorzugsweise durch einen Abstand kleiner 10 cm, bevorzugt kleiner 8 cm, weiter bevorzugt kleiner 5 cm sowohl stromauf- als auch stromabwärts zu dem Spalt definiert ist.The diameter D is characterized by the fact that it describes the narrowest cross-section, which is present in the mixer module in the flow of current of the first gas flow between the line for supplying the fresh air and the connection area to the compressor. It is preferably defined as the narrowest cross section within a predetermined range upstream and downstream in the flow of current of the first gas stream to the gap in the mixer module, wherein the predetermined range preferably by a distance less than 10 cm, preferably less than 8 cm, more preferably less than 5 cm both is defined upstream and downstream of the gap.

Vorteilhafterweise ist die Drossel des erfindungsgemäßen Mischermoduls zur Erzeugung eines Dralls in dem ersten Gasstrom ausgebildet, derart, dass der Drall während des Betriebs des Verbrennungsmotors änderbar ist. Die Erzeugung eines Dralls durch die vorgeschaltete Drossel wirkt sich vorteilhaft auf das Mischergebnis aus, da eine im Vergleich zu einer Ausgestaltung eines Mischermoduls ohne Drallerzeuger homogenere Mischung erzielt wird. Die Drosselung und damit der Drall ist während des Betriebs des Verbrennungsmotors individuell auf den optimalen Betriebspunkt anpassbar.Advantageously, the throttle of the mixer module according to the invention is designed to generate a swirl in the first gas stream, such that the swirl can be changed during operation of the internal combustion engine. The generation of a swirl by the upstream throttle has an advantageous effect on the mixing result, since a mixture which is more homogeneous compared to an embodiment of a mixer module without a swirl generator is achieved. The throttling and thus the swirl can be individually adapted to the optimum operating point during operation of the internal combustion engine.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mischermoduls umfasst eine Drossel bestehend aus mehreren drehbaren Drosselelementen, deren Drehachsen vorzugsweise jeweils senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Gasstroms angeordnet sind. Durch die Anordnung mehrerer drehbarer Drosselelemente wird eine optimale Einstellung des Dralls der Strömung, welcher während des Betriebs des Verbrennungsmotors individuell regelbar ist, und damit eine möglichst optimale Durchmischung von Frischluft und Abgas erzielt. Eine homogene Durchmischung von Frischluft und Abgas bewirkt eine konstante Druck- und Temperaturverteilung am Eintrittsquerschnitt des Verdichters. Es wird dadurch verhindert, dass Schwingungen angeregt werden, die zu einer Ermüdung des Materials und somit zu Schaufelschwingungsbrüchen insbesondere der Drosselelemente wie beispielsweise Drallschaufeln führen können.An advantageous embodiment of the mixer module according to the invention comprises a throttle consisting of a plurality of rotatable throttle elements whose axes of rotation are preferably arranged in each case perpendicular to the flow direction of the first gas flow. By arranging a plurality of rotatable throttle elements is an optimal adjustment of the twist of the flow, which is individually controlled during operation of the engine, and thus the best possible mixing of fresh air and exhaust gas. A homogeneous mixing of fresh air and exhaust gas causes a constant pressure and temperature distribution at the inlet cross-section of the compressor. It is thereby prevented that vibrations are excited, which can lead to fatigue of the material and thus blade vibration fractures, in particular the throttle elements such as swirl blades.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mischermoduls umfasst Drosselelemente, die umfangsseitig an der Leitung angeordnet und vorzugsweise gleichartig gestaltet sind. Durch die gleichartige Ausgestaltung der Drosselelemente ergibt sich die Möglichkeit, die Kosten für die Fertigung zu reduzieren sowie den Aufwand bei dem Montageprozess zu verringern.A preferred embodiment of the mixer module according to the invention comprises throttle elements arranged circumferentially on the line and are preferably designed similar. Due to the similar design of the throttle elements, there is the possibility to reduce the cost of manufacturing and to reduce the cost of the assembly process.

Vorteilhafterweise sind die Drosselelemente flächig ausgebildet, vorzugsweise sind die Drosselelemente derart ausgebildet und angeordnet, dass sie in einer Stellung quer zur Strömungsrichtung des ersten Gasflusses einen geschlossenen Ring bilden, dessen Mittelachse parallel zur Strömungsrichtung des ersten Gasflusses ist. Es bietet sich folglich die Möglichkeit die äußere Durchflussfläche des ersten Gasstroms durch die Stellung der Drosselelemente beliebig zu variieren. Durch die flächeneinheitliche Ausbildung der Drosselelemente werden sowohl die Fertigungs- als auch die Montageprozesse vereinfacht, wodurch sich die Kosten verringern. Bilden die Drosselelemente einen geschlossenen Ring und ist der variable Spalt gleichzeitig maximal geöffnet, bedeutet dies, dass dem Leitungselement eine maximale Abgasrate zugeführt wird. Wenn die Drosselelemente vollständig geöffnet sind, wirken sich die ringförmige Ausgestaltung und die über den kompletten Umfang erfolgende Zufuhr des ersten Gasstroms vorteilhaft auf die Mischgüte aus. Es wird in diesem Fall eine homogenere Mischung erzeugt als bei Mischermodulen, welche aus einem herkömmlichen Rohrleitungselement, das keine ringförmige Ausgestaltung aufweist, zusammengesetzt sind.Advantageously, the throttle elements are formed flat, preferably, the throttle elements are designed and arranged such that they form a closed ring in a position transverse to the flow direction of the first gas flow, whose central axis is parallel to the flow direction of the first gas flow. It is therefore possible to vary the outer flow area of the first gas flow as desired by the position of the throttle elements. The surface uniform design of the throttle elements both the manufacturing and the assembly processes are simplified, thereby reducing costs. If the throttle elements form a closed ring and if the variable gap is open at the same time, this means that a maximum exhaust gas rate is supplied to the line element. When the throttle elements are fully opened, the annular configuration and the full-scale supply of the first gas flow have an advantageous effect on the mixing quality. In this case, a more homogeneous mixture is produced than in mixer modules, which are composed of a conventional pipe element, which has no annular configuration.

Eine vorteilhafte Ausführungsform umfasst neben den Drosselelementen Betätigungsmittel, welche mit den Drosselelementen derart zusammenwirkend ausgebildet sind, dass sie mittels des Betätigungsmittels gleichsinnig drehbar sind. Der einheitliche, gleichgerichtete Drehsinn der einzelnen Drosselelemente bewirkt eine weitere Optimierung des erzeugten Dralls aus strömungsmechanischen Gesichtspunkten. Die Betätigungsmittel dienen dazu die Stellung der Drosselelemente während des Betriebs des Verbrennungsmotors individuell und auf den jeweiligen Betriebspunkt abgestimmt zu variieren.An advantageous embodiment comprises, in addition to the throttle elements actuating means, which are designed to cooperate with the throttle elements, that they are rotatable in the same direction by means of the actuating means. The uniform, rectified direction of rotation of the individual throttle elements causes a further optimization of the generated spin from fluid mechanical point of view. The actuating means serve to vary the position of the throttle elements during operation of the internal combustion engine individually and adjusted to the respective operating point.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Drosselelemente als Drallschaufeln ausgebildet und weisen hierbei bevorzugt ein Tragflächenprofil auf. Die Drosselelemente sind folglich so geformt, dass ein optimaler Drall in der Strömung erzeugt und eine optimale Durchmischung von den beiden Gasströmen gewährleistet wird. Bei einer Ausgestaltung der Drossel mit Drallschaufeln oder Drallklappen, liegt der zusätzliche Vorteil darin, dass das Mischergebnis gesteigert wird. Eine homogene Verteilung des Gemisches bewirkt gleichmäßige Temperatur- und Druckverteilungen über dem Eintrittsquerschnitt des Verdichters. Hierdurch wird die Anregung einer Schwingung vermieden, die schädliche Auswirkungen auf die Verdichterbeschaufelung hat. Durch die schwingende Beanspruchung des Werkstoffs ermüdet das Material und kann, falls die Belastung über einen längeren Zeitraum auftritt, zum Ermüdungsbruch, genauer zum Schaufelschwingungsbruch, des Bauteils führen. Ein zusätzlicher Vorteil der Ausgestaltung mit Drallschaufeln entsteht an einem Betriebspunkt, an dem die Schaufeln komplett geöffnet sind, woraus es sich ergibt, dass der Spalt vollständig geschlossen ist, und sich der Strömungswiderstand hierbei, verglichen mit einer Ausgestaltung mit einer Drosselklappe, als deutlich geringer erweist.In a preferred embodiment, the throttle elements are designed as swirl blades and in this case preferably have an airfoil profile. The throttle elements are thus shaped so that an optimal swirl generated in the flow and ensures optimal mixing of the two gas streams. In an embodiment of the throttle with swirl vanes or swirl flaps, the additional advantage is that the mixing result is increased. A homogeneous distribution of the mixture causes uniform temperature and pressure distributions over the inlet cross-section of the compressor. This avoids the excitation of vibration which has deleterious effects on the compressor blade. Due to the oscillating stress of the material, the material becomes fatigued and, if the load occurs over a longer period of time, can lead to fatigue failure, more specifically to blade vibration fracture, of the component. An additional advantage of the embodiment with swirl blades arises at an operating point at which the blades are completely open, with the result that the gap is completely closed, and the flow resistance in this case, compared to a design with a throttle flap, proves to be significantly lower ,

Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung der Drossel mit Drallschaufeln oder Drallklappen, liegt in deren Funktion das Kennfeld zu stabilisieren und demzufolge den Verdichterbetriebspunkt in einer positiven Weise zu beeinflussen, wenn das Abgasrückführventil direkt vor dem Verdichter angeordnet ist.Another advantage of the embodiment of the throttle with swirl vanes or swirl flaps, is in their function to stabilize the map and therefore to influence the compressor operating point in a positive manner when the exhaust gas recirculation valve is located directly in front of the compressor.

Durch das zusätzlich vorgeschaltete Drosselelement, bestehend aus Drosselklappe oder Drallschaufeln bzw. -klappen, durch Betätigungsmittel, die die Stellung der Klappe(n) während des Betriebs des Verbrennungsmotors variieren, kann die Drosselung individuell auf den Betriebspunkt des Motors angepasst werden. Die Drossel dient grundsätzlich zum Bereitstellen des erforderlichen Druckverhältnisses. Falls eine Drossel in Form von Drallschaufeln oder -klappen verwendet wird, wird zusätzlich zum Bereitstellen des erforderlichen Druckverhältnisses ein Drall in einem ersten Gasstrom erzeugt, wodurch eine bessere Durchmischung von dem ersten und zweiten Gasstrom gewährleistet sowie eine Stabilisierung des Verdichterbetriebspunktes erzielt wird. Zusätzlich wirkt sich diese Ausgestaltung bei einem Betriebspunkt, an dem die Drallschaufeln oder -klappen vollständig geöffnet und der Spalt demzufolge vollständig geschlossen ist, vorteilhaft auf den Strömungswiderstand aus, der in diesem Fall deutlich geringer ist im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit einer Drosselklappe.By additionally upstream throttle element, consisting of throttle or swirl blades or flaps, by actuating means which vary the position of the flap (s) during operation of the internal combustion engine, the throttling can be adjusted individually to the operating point of the engine. The throttle basically serves to provide the required pressure ratio. If a throttle is used in the form of swirl vanes or flaps, in addition to providing the required pressure ratio, a swirl is generated in a first gas stream, thereby ensuring better mixing of the first and second gas streams and stabilizing the compressor operating point. In addition, this embodiment has an advantageous effect on the flow resistance at an operating point at which the swirl vanes or flaps are fully opened and the gap is completely closed, which is significantly lower in this case compared to a configuration with a throttle flap.

Der variable Spalt des erfindungsgemäßen Mischermoduls ist vorteilhafterweise hinsichtlich einer Spaltbreite parallel zur Strömungsrichtung des ersten Gasstroms variabel ausgebildet. Dies führt dazu, dass die rückgeführte Menge an Abgas während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu jeder Zeit und abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt zu verändern ist. Durch die Variation der Spaltbreite ist also eine individuelle Regelung der rückgeführten Abgasrate möglich, und somit ist ein optimaler Betriebspunkt des Verbrennungsmotors mit einem geringen Ausstoß an Stickoxiden zu erreichen. Falls die Drossel vollständig geöffnet ist und der variable Spalt schlossen ist, wird der Frischluft kein Abgas zugemischt.The variable gap of the mixer module according to the invention is advantageously designed to be variable with respect to a gap width parallel to the flow direction of the first gas flow. As a result, the amount of exhaust gas recirculated during operation of the internal combustion engine is to be changed at any time and depending on the respective operating point. By varying the gap width, therefore, an individual control of the recirculated exhaust gas rate is possible, and thus an optimal operating point of the internal combustion engine with a low emission of nitrogen oxides can be achieved. If the throttle is fully open and the variable gap is closed, no exhaust gas is added to the fresh air.

Vorzugsweise weist der variable Spalt mindestens ein in Umfangsrichtung verlaufendes Segment auf. Die Segmente können gleichartig gestaltet sein sowie unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. Durch die Unterteilung in Segmente wird eine Vereinfachung bei dem Montageprozess erzielt.Preferably, the variable gap has at least one circumferentially extending segment. The segments can be designed identically be and have different configurations. The division into segments simplifies the assembly process.

Der Spalt ist in Umfangsrichtung vorzugsweise ringförmig ausgebildet, gegebenenfalls mit einer oder mehreren Unterbrechungen. Der Spalt kann einfach oder auch mehrfach unterbrochen ausgebildet sein. Der Vorteil liegt in der Option die exakte Zuführposition des rückgeführten Abgases durch die Ausgestaltung des Spaltes festzulegen. Falls der variable Spalt mehrfach unterbrochen ausgebildet ist, gibt es mehrere über den Umfang verteilte Zuführspalte, durch die das rückgeführte Abgas dem Leitungselement zugeführt wird. Es kann hierbei gezielt festgelegt werden, an welcher Stelle das Abgas zugeführt werden soll, um gegebenenfalls eine homogenere Durchmischung von dem ersten und dem zweiten Gasstrom zu erhalten. Durch einen umlaufenden vollvariablen Mischspalt in Kombination mit dem niederen Druckniveau ergeben sich Untersuchungen der Anmelderin zufolge optimale Mischergebnisse.The gap is preferably annular in the circumferential direction, optionally with one or more interruptions. The gap can be formed simply or even interrupted several times. The advantage lies in the option of specifying the exact feed position of the recirculated exhaust gas through the design of the gap. If the variable gap is formed repeatedly interrupted, there are a plurality of circumferentially distributed feed gaps, through which the recirculated exhaust gas is supplied to the line member. It can be specifically determined here, at which point the exhaust gas is to be supplied, in order to obtain a more homogeneous mixing of the first and the second gas stream, if appropriate. Due to a circulating fully variable mixing gap in combination with the low pressure level, investigations by the Applicant reveal optimum mixing results.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mischermoduls umfasst die Leitung zwei axial hintereinander angeordnete Rohrelemente, wobei die Rohrelemente zueinander axial verschiebbar angeordnet sind, zur Ausbildung des variablen Spaltes. Je nachdem mit welchem Ausmaß die beiden Rohrelemente zueinander axial verschoben werden, wird die Spaltbreite definiert. Die Spaltbreite ist folglich individuell während des Betriebs des Verbrennungsmotors einstellbar und reicht von einer vollständigen Überlappung bzw. einem vollständigen aneinander Anliegen der beiden Rohrelemente, was einer Spaltbreite von 0 mm entspricht, bis zur maximalen axialen Verschiebung der beiden Rohrelemente, vorzugsweise entsprechend maximal 1/8D, höchst vorzugsweise 1/10D, wobei D wie zuvor beschrieben definiert ist.In a preferred embodiment of the mixer module according to the invention, the line comprises two tube elements arranged axially one behind the other, wherein the tube elements are arranged axially displaceable relative to each other, for forming the variable gap. Depending on the extent to which the two pipe elements are moved axially to each other, the gap width is defined. The gap width is therefore adjustable individually during operation of the internal combustion engine and ranges from a complete overlap or a complete abutment of the two pipe elements, which corresponds to a gap width of 0 mm, to the maximum axial displacement of the two pipe elements, preferably corresponding to a maximum of 1 / 8D , most preferably 1 / 10D, where D is defined as previously described.

Die Leitung im Inneren des Mischermoduls weist vorzugsweise eine Querschnittsverjüngung auf, zur Ausbildung eines Venturieffektes. Durch die Verjüngung des Querschnittes des Leitungselementes wird der Venturieffekt ausgeprägt. In dieser vorteilhaften Ausführungsform wird somit mittels des Venturieffekts eine Ansaugung des zweiten Gasstroms erzielt, so dass eine Erhöhung der maximal zuführbaren Gasmenge des zweiten Gasstroms, insbesondere eine Erhöhung des maximal zuführbaren Abgasanteils, erwirkt wird.The conduit inside the mixer module preferably has a cross-sectional taper, to form a Venturi effect. By rejuvenation of the cross section of the conduit element of the Venturi effect is pronounced. In this advantageous embodiment, suction of the second gas stream is thus achieved by means of the venturi effect, so that an increase in the maximum deliverable gas quantity of the second gas stream, in particular an increase of the maximum deliverable exhaust gas fraction, is obtained.

Der variable Spalt ist vorteilhafterweise am engsten Querschnitt der Leitung angeordnet, vorzugsweise derart, dass Spalt und Drossel am engsten Querschnitt der Leitung angeordnet sind. Dies führt Untersuchungen der Anmelderin zufolge aus strömungsmechanischer Sicht zu günstigen Ergebnissen.The variable gap is advantageously arranged at the narrowest cross section of the line, preferably such that the gap and throttle are arranged at the narrowest cross section of the line. According to investigations by the Applicant, this leads to favorable results from a fluid mechanical point of view.

Vorteilhafterweise ist ergänzend zu der Drossel sowie dem Spalt ein stromlinienförmiger Körper in der Leitung im Gasfluss des ersten Gasstroms stromabwärts der Drossel zur Verstärkung des Venturieffektes angeordnet. Dieser stromlinienförmige Körper wirkt sich verstärkend auf den Venturieffekt aus und verbessert aus strömungsmechanischer Sicht die Wirkung des erfindungsgemäßen Mischermoduls.Advantageously, in addition to the throttle and the gap, a streamlined body is arranged in the conduit in the gas flow of the first gas flow downstream of the throttle for enhancing the Venturi effect. This streamlined body has a reinforcing effect on the Venturi effect and improves the effect of the mixer module according to the invention from a fluid mechanical point of view.

Der stromlinienförmige Körper des erfindungsgemäßen Mischermoduls ist vorteilhafterweise parallel zur Strömungsrichtung des ersten Gasstroms verschiebbar angeordnet, vorzugsweise mittels eines Betätigungsmittels. Der stromlinienförmige Körper lässt sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors individuell verschieben, wobei die Verschiebung vorzugsweise mittels eines Betätigungsmittels erfolgt. Der Antrieb des Venturikörpers ist durch einen innenliegenden Antrieb, durch Spindelsysteme von außen, oder Ähnlichem durchführbar. Im Idealfall sind die beiden hintereinander angeordneten Rohrelemente zum Definieren der Spaltbreite und der zusätzlich angeordnete stromlinienförmige Körper miteinander verbunden. Dies kann auf mechanische oder elektrische Weise erfolgen.The streamlined body of the mixer module according to the invention is advantageously arranged displaceably parallel to the flow direction of the first gas stream, preferably by means of an actuating means. The streamlined body can be moved individually during operation of the internal combustion engine, wherein the displacement preferably takes place by means of an actuating means. The drive of the Venturikörpers is feasible by an internal drive, by spindle systems from the outside, or the like. Ideally, the two successively arranged pipe elements for defining the gap width and the additionally arranged streamlined body are connected to each other. This can be done in a mechanical or electrical way.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mischermoduls zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitung und die Drossel derart mechanisch gekoppelt und in Wirkverbindung mit einem Betätigungsmittel ausgebildet sind, dass mittels des Betätigungsmittels aufgrund der mechanischen Kopplung sowohl Spaltbreite als auch Drosselung wahlweise änderbar ist. Die Betätigungsmittel, die vorzugsweise Leitung und Drossel miteinander mechanisch koppeln, bewirken, dass sowohl die Spaltbreite als auch die Drosselung wahlweise zu verändern ist. Durch die mechanische Kopplung beider Funktionen, kann auf ein zweites Betätigungsmittel verzichtet werden, was wiederum geringere Kosten sowie einen geringeren konstruktiven Aufwand bedeutet. Vorzugsweise wird der Antrieb zum Einstellen der Spaltbreite und der Drosselung außenliegend realisiert.An advantageous embodiment of the mixer module according to the invention is characterized in that the line and the throttle are so mechanically coupled and formed in operative connection with an actuating means that by means of the actuating means due to the mechanical coupling both gap width and throttling is optionally changeable. The actuating means, which preferably mechanically couple line and throttle, cause both the gap width and the restriction to be selectively changed. Due to the mechanical coupling of both functions, can be dispensed with a second actuating means, which in turn means lower costs and a lower design effort. Preferably, the drive for adjusting the gap width and the throttling is realized outboard.

Das Zusammenwirken von Drosselquerschnittsfläche und Spaltbreite erfolgt vorteilhafter Weise derart, dass eine Verringerung der Drosselquerschnittsfläche eine Vergrößerung der Spaltfläche bewirkt und umgekehrt. Bei einer Verringerung der Drosselquerschnittsfläche wird demzufolge eine Vergrößerung der Spaltfläche bewirkt und damit die Zumischrate an Abgas erhöht. Die Regelung erfolgt kennfeldgesteuert und legt damit die jeweilige Drosselquerschnittsfläche und die Spaltbreite fest.The interaction of throttle cross-sectional area and gap width advantageously takes place such that a reduction of the throttle cross-sectional area causes an enlargement of the gap area and vice versa. With a reduction in the throttle cross-sectional area, an enlargement of the gap area is consequently effected and thus the admixing rate of exhaust gas is increased. The control is map-controlled and thus defines the respective throttle cross-sectional area and the gap width.

Wenn die Drosselelemente wie beispielsweise Drallklappen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind, weisen sie einen geringeren Strömungswiderstand auf. Die Drosselelemente sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie in Parallelausrichtung einen möglichst kleinen Strömungswiderstand hinsichtlich des ersten Gasflusses aufweist, bevorzugt sind sie mit einer Fase versehen und/oder möglichst dünn.If the throttle elements such as swirl flaps are aligned parallel to the flow direction, they have a lower flow resistance. The throttle elements are Preferably designed such that it has the smallest possible flow resistance with respect to the first gas flow in parallel alignment, preferably they are provided with a chamfer and / or as thin as possible.

Vorteilhafterweise umfasst das Abgassystem das erfindungsgemäße Mischermodul und zeichnet sich dadurch aus, dass sich stromaufwärts des Mischermoduls im Gasfluss des zweiten Gasstroms keine beweglichen Bauteile befinden. Vorteilig wirken sich der Verzicht von bewegten Bauteilen zur Gasdurchflussregulierung insbesondere von Ventilen und die kompakte Einheit aller erforderlichen Komponenten innerhalb des Mischermoduls auf die Fertigungs- und Montagekosten aus. Es ergibt sich durch das Zusammenfassen aller erforderlichen Bauteilkomponenten zu einem Modul bzw. einer Einheit und der damit verbundenen kompakten Bauweise ein maßgebliches Kosteneinsparungspotential verglichen mit herkömmlichen Niederdruckabgasrückführsystemen.Advantageously, the exhaust system comprises the mixer module according to the invention and is characterized in that there are no moving components in the gas flow of the second gas flow upstream of the mixer module. Advantageously, the waiver of moving components for gas flow regulation in particular of valves and the compact unit of all required components within the mixer module affect the manufacturing and assembly costs. It results by combining all the necessary components components to a module or a unit and the associated compact design a significant cost savings potential compared to conventional low-pressure exhaust gas recirculation systems.

Zusätzlich und alternativ ist es vorteilhaft, dass sich in dem Abgassystem bei der Luftzufuhr im ersten Gasstrom stromaufwärts des Drosselelementes keine bewegten Bauteile zur Strömungsregelung oder Ventile befinden. Auch dies bewirkt eine Konzentration der strömungsregulierenden Bauteile in kompakter Weise in dem erfindungsgemäßen Mischermodul und führt zu den vorgenannten Vorteilen.Additionally and alternatively, it is advantageous that in the exhaust system in the air supply in the first gas flow upstream of the throttle element no moving components for flow control or valves are located. This also causes a concentration of the flow-regulating components in a compact manner in the mixer module according to the invention and leads to the aforementioned advantages.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:Further advantages and features of the present invention will be explained below with reference to an embodiment and the figures. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßen Mischermoduls zur Mischung eines ersten und eines zweiten Gasstroms in einem Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors mit einem Drosselelement in Form einer Drosselklappe im Längsschnitt; 1 a schematic representation of a first embodiment of the invention mixer module for mixing a first and a second gas stream in a low pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine with a throttle element in the form of a throttle valve in longitudinal section;

2 das Ausführungsbeispiel aus 1, wobei die Drosselklappe unter einem Winkel von 60° geöffnet ist, im Längsschnitt; 2 the embodiment 1 , wherein the throttle valve is opened at an angle of 60 °, in longitudinal section;

3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mischermoduls nach dem Prinzip von 1, jedoch ohne Querschnittsverjüngung im Längsschnitt; 3 an embodiment of a mixer module according to the invention according to the principle of 1 , but without cross-sectional taper in longitudinal section;

4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mischermoduls nach dem Prinzip von 1, als Explosionszeichnung; four an embodiment of the mixer module according to the invention according to the principle of 1 as an exploded view;

5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mischermoduls zur Mischung eines ersten und eines zweiten Gasstroms in einem Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors mit einem Drosselelement in Form von Drallklappen im Längsschnitt; 5 a second embodiment of a mixer module according to the invention for mixing a first and a second gas stream in a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine with a throttle element in the form of swirl flaps in longitudinal section;

6 das Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip von 5 ohne Verjüngung des Querschnitts im Längsschnitt; 6 the embodiment according to the principle of 5 without tapering of the cross section in longitudinal section;

7 das Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip von 5 als Explosionszeichnung; 7 the embodiment according to the principle of 5 as an exploded view;

8 das Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip von 5 mit einem Anschlussbereich an einen Kompressor in Längsschnittdarstellung; 8th the embodiment according to the principle of 5 with a connection area to a compressor in longitudinal section;

9 das Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip von 5 mit zusätzlich angeordnetem stromlinienförmigen Körper im Längsschnitt; 9 the embodiment according to the principle of 5 with additionally arranged streamlined body in longitudinal section;

10 die schematische Darstellung eines Abgassystems, das das erfindungsgemäße Mischermodul umfasst. 10 the schematic representation of an exhaust system comprising the mixer module according to the invention.

1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung ein Mischermodul 1 zur Mischung eines ersten Gasstroms 2 und eines zweiten Gasstroms 3, das in einem Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt ist. Das Mischermodul 1 umfasst eine Leitung 4 zum Durchführen des ersten Gasstroms 2 sowie ein Zuführelement 5 zum Zuführen eines zweiten Gasstroms 3. Der erste Gasstrom 2 kann beispielsweise ein Luftstrom sein, der zweite Gasstrom 3 rückgeführtes Abgas. Die Leitung 4 zum Durchführen eines ersten Gasstroms 2 befindet sich auf der Frischluftseite 6. Stromabwärts des Zuführelements 5 im Gasfluss des zweiten Gasstroms 2 ist ein Spalt 7 angeordnet, durch den der zweite Gasstrom 3 dem Leitungselement zugeführt wird. Der Spalt 7 ist in seiner Öffnungsfläche 8 während des Betriebs des Verbrennungsmotors variabel und die Öffnungsfläche 8 wird mithilfe von Betätigungsmitteln variiert. Diese Betätigungsmittel umfassen in diesem ersten Ausführungsbeispiel Nocken für die Betätigung des inneren Rohrelementes 9, eine Wellenlagerung für die Drosselklappe 10, eine Rückholfeder für das innere Rohrelement 11 sowie eine Lauffläche der Nockenbetätigung des inneren Rohrelementes 12. In dem Leitungselement 4 im Stromfluss des ersten Gasstroms 2 stromaufwärts zu dem variablen Spalt 7 ist ein Drosselelement 13 angebracht, dessen Drehachse 14 senkrecht zu dem Gasfluss des ersten Gasstroms 2 orientiert ist. Der Abstand zwischen der Drehachse 14 des Drosselelementes 13 und dem variablen Spalt 7 beträgt maximal 2D, vorzugsweise 1D, höchst vorzugsweise 1/2D. D bezeichnet den Durchmesser am engsten Querschnitt im Bereich des Spaltes des inneren Rohrelements und beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 30 und 100 mm. Das Drosselelement 13 ist während des Betriebes des Verbrennungsmotors drehbar, so dass eine beliebige Drosselung des ersten Gasstroms 2 erfolgen kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Drosselelement 13 als flächiges, scheibenartiges Element ausgebildet, es kann jedoch in seiner Form beliebig ausgestaltet sein. Stromabwärts des Drosselelementes 13 ist ein bewegliches hier als Venturikörper ausgebildetes inneres Rohrelement 15 angeordnet, das innerhalb eines äußeren Rohrelementes 16 axial verschiebbar ist und die Öffnungsfläche 8 des variablen Spaltes 7 festlegt. Zusätzlich sind Betätigungsmittel zum wahlweise Verändern der Öffnungsfläche 8 des variablen Spaltes 7 und zum Drehen des Drosselelementes 13 vorhanden. Im Ausführungsbeispiel wird zwischen den Betätigungsmitteln umfassend die Bezugszeichen 9, 10, 11 und 12 zur Variation der Öffnungsfläche 8 des Spaltes 7 und zwischen den Betätigungsmitteln bezeichnet mit den Bezugszeichen 17, 18, 19, 20 und 21 zum Drehen der Stellung des Drosselelementes 13 unterschieden. Im Detail umfassen die Bezugszeichen 17–21 eine Wellenlagerung für den Antrieb 17, eine Verzahnung 18, eine Abdeckung des Antriebs bei der Drosselklappenausführung 19, eine Antriebsschnecke 20, sowie einen Antriebsmotor der Drosselklappenausführung 21. 1 shows a schematic diagram of a mixer module 1 for mixing a first gas stream 2 and a second gas stream 3 used in a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine. The mixer module 1 includes a conduit four to carry out the first gas flow 2 and a feeding element 5 for supplying a second gas flow 3 , The first gas stream 2 For example, it may be an air flow, the second gas flow 3 recirculated exhaust gas. The administration four for performing a first gas flow 2 is located on the fresh air side 6 , Downstream of the feed element 5 in the gas flow of the second gas stream 2 is a gap 7 arranged, through which the second gas stream 3 the line element is supplied. The gap 7 is in its opening area 8th variable during operation of the internal combustion engine and the opening area 8th is varied by means of actuators. These actuating means comprise in this first embodiment cam for the actuation of the inner tubular element 9 , a shaft bearing for the throttle 10 , a return spring for the inner tube member 11 and a running surface of the cam operation of the inner tube member 12 , In the conduit element four in the current flow of the first gas stream 2 upstream of the variable gap 7 is a throttle element 13 attached, its axis of rotation 14 perpendicular to the gas flow of the first gas stream 2 is oriented. The distance between the rotation axis 14 the throttle element 13 and the variable gap 7 is at most 2D, preferably 1D, most preferably 1 / 2D. D denotes the diameter at the narrowest cross section in the region of the gap of the inner tubular element and is in a preferred embodiment between 30 and 100 mm. The throttle element 13 is during the operation of the Internal combustion engine rotatable, so that any throttling of the first gas flow 2 can be done. In the present embodiment, the throttle element 13 formed as a flat, disk-like element, but it can be configured arbitrarily in shape. Downstream of the throttle element 13 is a movable inner tube element designed here as a Venturi body 15 arranged, that within an outer tube element 16 is axially displaceable and the opening area 8th of the variable gap 7 sets. In addition, actuating means for selectively varying the opening area 8th of the variable gap 7 and for rotating the throttle element 13 available. In the exemplary embodiment, between the actuating means comprises the reference numerals 9 . 10 . 11 and 12 for variation of the opening area 8th of the gap 7 and between the actuating means designated by the reference numerals 17 . 18 . 19 . 20 and 21 for rotating the position of the throttle element 13 distinguished. In detail, the reference numerals 17 - 21 a shaft bearing for the drive 17 a gearing 18 , a cover of the drive in the throttle valve design 19 , a drive screw 20 , as well as a throttle motor drive motor 21 ,

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Mischermoduls 1 nach der Ausgestaltung aus 1 bei geöffnetem Drosselelement 13. Im Ausführungsbeispiel ist das Drosselelement 13 um einen Winkel von 60° um dessen Drehachse 14 ausgelenkt. Der Drehwinkel α von 60° stellt allerdings nur eine Variante dar, es ist jedoch jeder Auslenkungswinkel α während des Betriebs des Verbrennungsmotors einstellbar. 2 shows an embodiment of the mixer module 1 according to the embodiment 1 with the throttle element open 13 , In the embodiment, the throttle element 13 at an angle of 60 ° about its axis of rotation 14 deflected. The rotational angle α of 60 °, however, represents only one variant, but it is each deflection angle α during operation of the internal combustion engine adjustable.

3 entspricht der Ausgestaltung des Mischermoduls 1 aus 1, der Unterschied besteht lediglich in der Ausgestaltung der Querschnittsfläche der Leitung 4, in die ein Gasstrom, wie beispielsweise Luft, eingeleitet wird. Diese Leitung 4 weist hier einen kontinuierlichen Querschnitt ohne Verjüngung auf, wie hingegen in den 1 und 2 abgebildet. 3 corresponds to the configuration of the mixer module 1 out 1 , the difference is only in the design of the cross-sectional area of the line four into which a gas stream, such as air, is introduced. This line four has here a continuous cross section without rejuvenation, however, as in the 1 and 2 displayed.

4 stellt eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Mischermoduls nach dem Prinzip von 1 dar. Das Drosselelement 13 ist über die Drehachse 14 schwenkbar. Über die Verzahnung 18 wird die Schwenkposition des Drosselelementes 13 festgelegt. four represents an exploded view of the mixer module according to the invention according to the principle of 1 dar. The throttle element 13 is about the axis of rotation 14 pivotable. About the gearing 18 becomes the pivot position of the throttle element 13 established.

5 zeigt ein Mischermodul 1 zur Mischung eines ersten Gasstroms 2 und eines zweiten Gasstroms 3, dass ebenfalls in einem Niederdruckabgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird. Der erste Gasstrom 2 kann beispielsweise einen Luftstrom sein, der zweite Gasstrom 3 beispielsweise ein rückgeführter Abgasstrom. Die Leitung 4 zum Durchführen eines ersten Gasstroms 2 befindet sich auf der Frischluftseite 6. Der zweite Gasstrom 3 wird durch ein Zuführelement 5 dem Leitungselement des ersten Gasstroms 2 zugeführt. Stromaufwärts von diesem Zuführelement 5 aus gesehen ist ein Spalt 7 angeordnet, der während des Betriebs des Verbrennungsmotors in seiner Öffnungsfläche 8 variabel ist. Dies geschieht über zwei axial hintereinander angeordnete Elemente, ein bewegliches als Venturikörper ausgebildetes inneres Rohrelement 15 und ein äußeres Rohrelement 16, die zueinander axial verschiebbar angeordnet sind. Im Gasfluss des ersten Gasstroms 2 stromaufwärts befindet sich in einem bestimmten Abstand zu dem Spalt 7 eine Drossel, bestehend aus mehreren drehbaren Drosselelementen 22, deren Drehachsen 23 senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Gasstroms 2 ausgerichtet sind. Die während des Betriebs des Verbrennungsmotors einstellbaren Drosselelemente 22 sind im Ausführungsbeispiel um 90° gedreht, das heißt sie sind komplett geöffnet. Durch diese drehbaren Drosselelemente 22, lässt sich ein Drall in dem ersten Gasstrom 2 erzeugen, der während des Betriebs des Verbrennungsmotors durch die individuelle Einstellung der Stellung der Drosselelemente 22 variabel ist. Zusätzlich sind Betätigungsmittel in Form von einer Abdeckung des Antriebs 24 und 31, einer Verzahnung der Drallkappenausführung 25, einem Zahnkranz 26, einer Wellenlagerung 27, einem Getriebe 28, einer Welle 29 und einem Antriebsmotor 30 vorhanden. um die Drosselelemente 22 zu drehen und um die Öffnungsfläche 8 des Spaltes 7 zu variieren. Es ist möglich ein gemeinsames Betätigungsmittel anzuordnen, das beide Funktionen regelt und die Funktionen vorzugsweise mechanisch miteinander koppelt. Die Drosselelemente sind in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 0,5–1 mm dick und weisen vorteilhafterweise im Randbereich an den Kanten eine Fase auf. Dies stellt eine aus strömungsmechanischen Aspekten vorteilhafte Ausgestaltung dar. 5 shows a mixer module 1 for mixing a first gas stream 2 and a second gas stream 3 that is also used in a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine. The first gas stream 2 may for example be an air flow, the second gas flow 3 for example, a recirculated exhaust gas flow. The administration four for performing a first gas flow 2 is located on the fresh air side 6 , The second gas stream 3 is through a feeding element 5 the conduit element of the first gas flow 2 fed. Upstream of this feed element 5 seen from a gap 7 arranged during operation of the internal combustion engine in its opening area 8th is variable. This is done via two axially successively arranged elements, a movable designed as a Venturi body inner tube element 15 and an outer tube member 16 , which are arranged axially displaceable to each other. In the gas flow of the first gas stream 2 Upstream is at a certain distance to the gap 7 a throttle, consisting of several rotatable throttle elements 22 whose axes of rotation 23 perpendicular to the flow direction of the first gas flow 2 are aligned. The adjustable during operation of the internal combustion engine throttle elements 22 are rotated in the exemplary embodiment by 90 °, that is, they are completely open. Through these rotatable throttle elements 22 , can be a swirl in the first gas stream 2 generate during operation of the internal combustion engine by the individual adjustment of the position of the throttle elements 22 is variable. In addition, actuating means are in the form of a cover of the drive 24 and 31 , a toothing of the swirl cap design 25 a sprocket 26 , a shaft bearing 27 , a gearbox 28 , a wave 29 and a drive motor 30 available. around the throttle elements 22 to turn and around the opening area 8th of the gap 7 to vary. It is possible to arrange a common actuating means, which controls both functions and preferably mechanically couples the functions together. The throttle elements are in a preferred embodiment between 0.5-1 mm thick and advantageously have in the edge region at the edges of a chamfer. This represents an advantageous embodiment of fluid mechanics aspects.

6 entspricht dem Mischermodul 1 zur Mischung eines ersten Gasstroms 2 und eines zweiten Gasstroms 3 aus 5, und weist im Gegensatz hierzu keine Verjüngung des Querschnitts des Leitungselements auf, sondern der Durchmesser des Leitungselements ist an allen Stellen stromaufwärts der Drosselelemente 22 gleich groß. 6 corresponds to the mixer module 1 for mixing a first gas stream 2 and a second gas stream 3 out 5 , and in contrast, has no taper of the cross-section of the conduit member, but the diameter of the conduit member is at all locations upstream of the throttle elements 22 same size.

In 7 ist das erfindungsgemäße Mischermodul 1 nach dem Prinzip von 5 in einer Explosionszeichnung dargestellt. Die Wellen 36 der drehbaren Drosselelemente 25 sind umfangsseitig an einer Hülse angeordnet. Durch diese gleichmäßige Anordnung wird wie in der Beschreibung bereits erwähnt eine vergleichsweise homogene Durchmischung der beiden Gasströme erzielt. Die Drosselelemente 25 sind über Verzahnungen 26 in ihrer Stellung während des Betriebs des Verbrennungsmotors variabel. Die Drosselelemente 25 sind auf die Wellen 36 aufgesetzt, welche bevorzugt außerhalb der Strömung liegen, wodurch der Strömungswiderstand gering ist, d. h. nicht durch die Wellen 36 erhöht wird.In 7 is the mixer module according to the invention 1 according to the principle of 5 shown in an exploded view. The waves 36 the rotatable throttle elements 25 are circumferentially arranged on a sleeve. As a result of this uniform arrangement, as already mentioned in the description, a comparatively homogeneous mixing of the two gas streams is achieved. The throttle elements 25 are about gears 26 variable in position during operation of the internal combustion engine. The throttle elements 25 are on the waves 36 placed, which preferably outside the flow lie, whereby the flow resistance is low, ie not by the waves 36 is increased.

8 zeigt das erfindungsgemäße Mischermodul 1 nach dem Prinzip von 5, welches mit dem Kompressor 40 über einen Anschlussbereich 39 verbunden ist. Der Anschluss zwischen Mischermodul 1 und Kompressor 40 sieht gleichermaßen aus für Drosselelemente 13 in Form von einer Drosselklappe. 8th shows the mixer module according to the invention 1 according to the principle of 5 which with the compressor 40 over a connection area 39 connected is. The connection between mixer module 1 and compressor 40 looks alike for throttle elements 13 in the form of a throttle.

9 stellt das erfindungsgemäße Mischermodul 1 nach dem Prinzip von 5 dar, bei dem zusätzlich zu der oben erläuterten Ausführungsform schematisch ein stromlinienförmiger Körper 41 angeordnet ist. Der stromlinienförmige Körper verstärkt den Venturieffekt zusätzlich. Der stromlinienförmige Körper 41 ist in Zigarrenform abgebildet und ist mithilfe von Betätigungsmitteln in seiner Länge veränderbar. Der vordere Teil des stromlinienförmigen Körpers 41 ist mit dem vorderen Teil des Mischermoduls 1 verbunden, der hintere Teil mit dem inneren Rohrelement 15. Durch Betätigungsmittel wird die Länge des stromlinienförmigen Körpers 41 verändert und damit verändert sich gleichermaßen die Öffnungsfläche 8 des Spaltes 7. 9 provides the mixer module according to the invention 1 according to the principle of 5 in which, in addition to the embodiment explained above, schematically a streamlined body 41 is arranged. The streamlined body further enhances the Venturi effect. The streamlined body 41 is shown in cigar form and is variable by means of actuating means in its length. The front part of the streamlined body 41 is with the front part of the mixer module 1 connected, the rear part with the inner tube element 15 , Actuation means the length of the streamlined body 41 changed and thus alters the opening area alike 8th of the gap 7 ,

10 zeigt ein Abgassystem, umfassend ein Mischermodul 1 nach den vorangegangenen Figuren, das bei Niederdruck arbeitet. Durch das erfindungsgemäße Mischermodul 1, das alle zur Funktionserfüllung des Verfahrens erforderlichen Bauteile zusammenfasst, sind keine beweglichen Bauteile stromaufwärts des Mischermoduls im Gasfluss des zweiten Gasstroms 3 angeordnet. Das Abgas wird durch die Turbine 32 geleitet und über einen Abgasrückführfilter 33 sowie einen Abgasrückführkühler 34 unter Verringerung der Temperatur dem Mischermodul 1 zugeführt. Zusätzlich wird ein Frischluftstrom über den Luftfilter 35 angesaugt und ebenfalls dem Mischermodul 1 zugeführt. Das Mischermodul 1 umfasst die Funktionen wie in den vorangegangenen Figuren beschrieben. 10 shows an exhaust system comprising a mixer module 1 after the previous figures, which works at low pressure. By the mixer module according to the invention 1 , which summarizes all components necessary for the performance of the method, are no moving components upstream of the mixer module in the gas flow of the second gas stream 3 arranged. The exhaust gas is passing through the turbine 32 passed and via an exhaust gas recirculation filter 33 and an exhaust gas recirculation cooler 34 while reducing the temperature of the mixer module 1 fed. In addition, a fresh air flow through the air filter 35 sucked and also the mixer module 1 fed. The mixer module 1 includes the functions as described in the previous figures.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Mischermodulmixer module
22: Erster GasstromFirst gas flow
33: Zweiter GasstromSecond gas flow
44: Leitungmanagement
55: Zuführelementfeeding
66: FrischluftseiteFresh air side
77: Spaltgap
88th: Öffnungsfläche des SpaltesOpening area of the gap
99: Nocken (für Betätigung inneres Rohrelement (15))Cam (for actuating inner tube element ( 15 ))
1010: Wellenlagerung DrosselklappeShaft bearing throttle
1111: Rückholfeder (für inneres Rohrelement (15))Return spring (for inner tube element ( 15 ))
1212: Lauffläche der Nockenbetätigung (des inneren Rohrelementes (15))Tread of cam operation (of inner tube element ( 15 ))
1313: Drosselelement (Drosselklappe)Throttle element (throttle)
1414: Drehachse (Drosselklappe)Rotation axis (throttle)
1515: Rohrelementtube element
1616: Rohrelementtube element
1717: Wellenlagerung AntriebShaft bearing drive
1818: Verzahnung (Drosselklappe)Toothing (throttle)
1919: Abdeckung Antrieb (Drosselklappe)Cover drive (throttle)
2020: Antriebsschnecke (Drosselklappe)Drive screw (throttle)
2121: Antriebsmotor (Drosselklappe)Drive motor (throttle)
2222: Drosselelement (Drallschaufel)Throttle element (swirl blade)
2323: Drehachse (Drallschaufel)Rotary axis (swirl blade)
2424: Abdeckung AntriebCover drive
2525: Verzahnung (Drallklappen)Toothing (swirl flaps)
2626: Zahnkranz (Drallklappen)Sprocket (swirl flaps)
2727: Wellenlagerungshaft bearing
2828: Getriebetransmission
2929: Wellewave
3030: Antriebsmotordrive motor
3131: Abdeckung AntriebCover drive
3232: Turbineturbine
3333: AbgasrückführfilterExhaust gas recirculation filter
3434: AbgasrückführkühlerExhaust gas recirculation cooler
3535: Luftfilterair filter
αα: Auslenkungswinkel des DrosselelementesDeflection angle of the throttle element
3636: Wellen (Drosselelemente)Shafts (throttle elements)
3939: Anschlussbereichterminal area
4040: Kompressorcompressor
4141: Stromlinienförmiger KörperStreamlined body

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 60120721 T2 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Euro 6 standard [0002]

Claims

Mixer module ( 1 ) for mixing a first gas stream ( 2 ) and a second gas stream ( 3 ) in a low-pressure exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine, wherein the mixer module ( 1 ) a line ( four ) for carrying out a first gas flow ( 2 ), such as an air flow and a feed element ( 5 ) for supplying a second gas stream ( 3 ), such as an exhaust gas recirculation flow into the conduit element to the first gas flow ( 2 ), and wherein in the gas flow of the second gas stream ( 3 ) downstream of the feed element ( 5 ) A gap ( 7 ) is arranged, through which the second gas stream ( 3 ) is insertable into the conduit element, characterized in that the gap ( 7 ) as a variable gap ( 7 ) is formed such that the opening area ( 8th ) of the gap ( 7 ) is variable during operation of the internal combustion engine that in the conduit element in the current flow of the first gas stream ( 2 ) upstream of the gap ( 7 ) at a distance of at most 2D to the gap, where D is the narrowest diameter in the region of the gap (FIG. 7 ) of the conduit element, a throttle is arranged, which at least one throttle element ( 13 . 22 ) which is rotatably arranged in the conduit such that the cross-sectional area ( 8th ) of the throttle element ( 13 . 22 ) perpendicular to the flow direction of the first gas stream ( 2 ) during operation of the internal combustion engine by rotation of the throttle element ( 13 . 22 ) is variable, so that a throttling of the first gas stream ( 2 ) by rotation of the throttle element ( 13 . 22 ) and that the mixer module ( 1 ) one or more actuating means for selectively changing the opening area ( 8th ) of the gap ( 7 ) and for rotating the throttle element ( 13 . 22 ).

Mixer module ( 1 ) Claim 1, characterized in that the throttle for generating a swirl in the first gas stream ( 2 ) is formed, such that the swirl during the operation of the internal combustion engine is changeable.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the throttle has a plurality of rotatable throttle elements ( 22 ) whose axes of rotation ( 23 ) preferably in each case perpendicular to the flow direction of the first gas stream ( 2 ) are arranged.

Mixer module ( 1 ) according to claim 3, characterized in that throttle elements ( 22 ) peripherally on the line ( four ) are arranged and preferably designed similar.

Mixer module ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the throttle elements ( 22 ) are formed flat, preferably, that the throttle elements ( 22 ) are formed and arranged such that they form a closed ring in a position transverse to the flow direction of the first gas flow, whose central axis is parallel to the flow direction of the first gas flow.

Mixer module ( 1 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the throttle elements ( 22 ) are designed to cooperate with the actuating means such that they are rotatable in the same direction by means of the actuating means.

Mixer module ( 1 ) according to one of claims 3 to 6, characterized in that the throttle elements ( 22 ) are formed as swirl blades.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the variable gap ( 7 ) is formed changeable with respect to a gap width parallel to the flow direction of the first gas flow.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the variable gap ( 7 ) has at least one circumferentially extending segment.

Mixer module ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the variable gap ( 7 ) is annular in the circumferential direction, optionally with one or more interruptions.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the line has two axially successively arranged tubular elements ( 15 . 16 ), wherein the tubular elements ( 15 . 16 ) are mutually displaceable in the axial direction, to form the variable gap ( 7 ).

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the line has a cross-sectional taper to form a Venturi effect.

Mixer module ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the variable gap ( 7 ) is arranged at the narrowest cross-section of the conduit, preferably that gap ( 7 ) and throttle are arranged at the narrowest cross section of the conduit.

Mixer module ( 1 ) according to claim 13, characterized in that in the line in the gas flow of the first gas stream ( 2 ) is arranged downstream of the throttle a streamlined body for enhancing the Venturi effect.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of claims 12 to 14, characterized in that the streamlined body is arranged to be displaceable parallel to the flow direction of the first gas flow, preferably by means of an actuating means.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the line ( four ) and the throttle are so mechanically coupled and formed in operative connection with an actuating means that by means of the actuating means due to the mechanical coupling both gap width and throttling is optionally changeable.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the throttle cross-sectional area and the gap width are formed cooperatively such that a reduction of the throttle cross-sectional area causes an enlargement of the gap area and vice versa.

Mixer module ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the throttle in the line element in the current flow of the first gas stream ( 2 ) upstream of the gap ( 7 ) is arranged at a distance of 1D, preferably 1 / 2D.

Exhaust system comprising a mixer module ( 1 ) according to claims 1-18, characterized in that upstream of the mixer module ( 1 ) in the gas flow of the second gas stream ( 3 ) are no moving parts.